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Berechnung des Doppelintegrals in beliebigen krummlinigen Koordinaten

Die Koordinaten sind in Parameterform durch die Beziehungen
(8.138)

definiert. Das Flächenstück wird durch die Koordinatenlinien = const und = const in infinitesimale Flächenelemente eingeteilt (s. Abbildung) und der Integrand in den Koordinaten und ausgedrückt.



Summiert wird zuerst längs eines Koordinatenstreifens, z.B. längs = const, danach über alle Streifen:
(8.139)

Dabei sind bzw. die Gleichungen der inneren bzw. äußeren Randkurve und der Fläche . Mit und werden die Koordinaten der beiden äußersten Linienbegrenzungen der Fläche beschrieben. Mit ist der Absolutbetrag der Funktionaldeterminante
(8.140a)

bezeichnet, mit deren Hilfe das Flächenelement in krummlinigen Koordinaten beschrieben wird:

(8.140b)

Die Formel (8.137b) ist ein Spezialfall von Formel (8.139) für die Polarkoordinaten . Die Funktionaldeterminate ergibt sich hier zu .
Man wählt die krummlinigen Koordinaten derart, daß die Integrationsgrenzen des Integrals (8.139) möglichst einfach werden.

Beispiel

ist für den Fall zu berechnen, daß der Flächeninhalt der Astroide ist, mit (s. Abbildung).



Zuerst werden die krummlinigen Koordinaten eingeführt, deren Koordinatenlinien eine Schar ähnlicher Astroiden mit den Gleichungen und darstellen. Die Koordinatenlinien sind dann Strahlen mit der Gleichung , wobei gilt. Damit ergibt sich
,
.